一种用于超超低氮氧化物排放的SCR脱硝控制系统及方法与流程

一种用于超超低氮氧化物排放的scr脱硝控制系统及方法
技术领域
1.本发明属于脱硝技术领域，具体涉及一种用于超超低氮氧化物排放的scr脱硝控制系统及方法。


背景技术：

2.随着超低排放标准的全面推广，大气污染物排放要求日益严格。陆续发布的相关地方政策均较超低排放更加严格，今后燃煤机组氮氧化物近零排放将是必然趋势，因此燃煤机组scr脱硝近零排放技术的研究具有极其重要的意义。
3.目前，脱硝超低排放改造工作完成后，氮氧化物近零排放排放将是必然趋势，随着超低排放标准的全面推广，机组scr脱硝效率往往超过90％，氨氮摩尔比平均值超过0.9，当入口nox浓度波动时，常规scr的催化剂上游截面处的氨氮摩尔比超过1的位置将大为增加，这些位置的氨将大量逃逸，造成空预器严重堵塞；而氨氮摩尔比低于平均值的位置，脱硝效率不能达标。在已进行了超低排放改造的锅炉中，这种问题比较普遍，氮氧化物的近零排放将使此问题更加凸显，根据电厂技改项目投入成本考虑，一次改造达到氮氧化物近零排放变得尤为重要，一次性解决电厂火电机组氮氧化物排放的根本问题，后续不需要继续升级改造，必将是火电厂机组氮氧化物排放的终极技术，具有极其重要且深远的意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服已有超低排放氮氧化物排放的测量滞后、负荷波动nox浓度往往出现较大的波动，过量喷氨，空预器、低低温省煤器硫酸氢氨堵塞等问题，提供一种用于超超低氮氧化物排放的scr脱硝控制系统及方法，该系统适用于nox排放小于35mg/m3的超超低氮氧化物排放，并且能够能满足来流nox浓度稳定，进出口nox原位快速测量，精准喷氨并快速混合，达到喷氨适量，氨逃逸低，后续设备不再受硫酸氢铵影响的结果。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种用于超超低氮氧化物排放的scr脱硝控制系统，包括沿烟气流向设置在在烟道内的nox来流浓度稳定装置、自动喷氨控制装置、超快速氨氮混合装置、多点测量scr入口来流nox装置以及低延迟测量scr出口nox装置；烟道出口与scr反应器相连通。
7.本发明进一步的改进在于，nox来流浓度稳定装置包括省煤器出口nox初级预混合装置和省煤器出口nox二级混合装置；
8.自动喷氨控制装置包括喷氨格栅和超快速氨氮混合装置；
9.多点测量scr入口来流nox装置包括原位scr入口nox测点和矩阵式烟气流量取样器；
10.低延迟测量scr出口nox装置包括矩阵烟气取样点以及原位脱硝反应器；
11.其中，烟道包括相连通的水平烟道以及竖直烟道，省煤器出口nox初级预混合装置和省煤器出口nox二级混合装置、原位scr入口nox测点和矩阵式烟气流量取样器设置在水平烟道内，超快速氨氮混合装置设置在竖直烟道内，原位scr入口nox测点和矩阵式烟气流
量取样器设置在省煤器出口nox二级混合装置出口处；超快速氨氮混合装置的出口处设置喷氨格栅，喷氨格栅的出口处设置矩阵烟气取样点，矩阵烟气取样点经管道与原位脱硝反应器相连通，竖直烟道出口经第一导流板、第二导流板与scr反应器相连通。
12.本发明进一步的改进在于，矩阵烟气取样点经管道与烟气取样调节阀相连，烟气取样调节阀与原位脱硝反应器相连通。
13.本发明进一步的改进在于，竖直烟道出口经第一导流板、第二导流板与scr反应器相连通。
14.本发明进一步的改进在于，超快速氨氮混合装置包括若干列平行设置的固定杆，每个固定杆上设置有圆形或椭圆形旋流件，旋流件为圆形时，间隔设置；旋流件为椭圆形且固定杆为奇数时，中心固定杆两侧固定杆上的旋流件对称设置；旋流件为椭圆形且固定杆为偶数时，固定杆分为两组，两组上的旋流件对称设置。
15.本发明进一步的改进在于，省煤器出口nox初级预混合装置包括框架，框架上包括若干排水平设置的支撑杆，每排支撑杆上设置有若干椭圆形挡片，其中，每排支撑架上的椭圆形挡片与竖直方向的夹角为45
°
或135
°
。
16.本发明进一步的改进在于，省煤器出口nox二级混合装置包括设置在水平烟道内的两排椭圆新挡片，第一排位于第二排上方，第一排的若干椭圆形挡片与竖直方向夹角90
°
，第二排的若干椭圆形挡片与竖直方向的夹角小于第一排的若干椭圆形挡片与竖直方向的夹角。
17.一种基于如上所述系统的用于超超低氮氧化物排放的scr脱硝控制方法，包括以下步骤：
18.烟气经过省煤器出口nox初级预混合装置初步混合，再经过省煤器出口nox二级混合装置进一步混合，达到nox来流浓度稳定，浓度稳定的烟气经过原位scr入口nox测点，对nox进行测量，再通过矩阵式烟气流量取样器对烟气流量进行测量，将原位scr入口nox测点和矩阵式烟气流量取样器的测量数值进行相乘，作为来流烟气的总的nox含量；测量完成后的烟气通过超快速氨氮混合装置与喷氨格栅快速进行混合，混合均匀后的烟气，通过矩阵烟气取样点取样，根据取样结果对烟气流量进行控制，使得原位脱硝反应器内的烟气流速和scr反应器内的烟气流速一致，对流出原位脱硝反应器的烟气进行nox测量，根据测得的nox结果对喷氨格栅进行喷氨控制，降低nox含量，经喷氨格栅的烟气进入scr反应器中。
19.与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
20.本发明通过设置省煤器出口nox初级预混合装置、省煤器出口nox二级混合装置和超快速氨氮混合装置，通过三步混合装置，能够实现来流nox浓度分布稳定，自动喷氨控制装置喷氨后氨气与nox混合均匀，且对多种锅炉的不同煤质均可适用。
21.本发明在控制时，通过nox初级预混合装置初步混合，再经过省煤器出口nox二级混合装置进一步混合，能够能满足来流nox浓度稳定，进出口nox原位快速测量，根据测得的nox结果对喷氨格栅进行喷氨控制，降低nox含量，精准喷氨并快速混合，达到喷氨适量，氨逃逸低，后续设备不再受硫酸氢铵影响的结果，该方法适用于nox排放小于35mg/m3的超超低氮氧化物排放。
22.进一步的，通过烟气取样调节阀、原位脱硝反应器和原位scr入口nox测点，进行快速测量，利用测得的原位nox数据，使得喷氨格栅可以快速跟随nox进行喷氨量的反馈调节，
使脱硝出口nox浓度控制稳定，波动小，满足超低排放以及更高精度要求的脱硝控制要求，从而降低氨逃逸水平，减轻或避免空预器等后续设备的堵塞。
附图说明
23.图1为本发明的用于超超低氮氧化物排放的scr脱硝控制系统的结构示意图；
24.图2为超快速氨氮混合装置的结构示意图；
25.图3为省煤器出口nox初级预混合装置结构示意图；
26.图4为省煤器出口nox二级混合装置结构示意图。
27.图中，1为省煤器出口nox初级预混合装置，2为省煤器出口nox二级混合装置，3为超快速氨氮混合装置，4为喷氨格栅，5为喷氨格栅后矩阵式烟气取样点，6为烟气取样调节阀，7为原位脱硝反应器，8为原位scr入口nox测点，9为矩阵式烟气流量取样器，10为scr反应器，11为第一导流板，12为第二导流板，13为第一排、第四排、第五排和第八排支撑杆，14为第二排、第三排、第六排和第七排支撑杆，15为水平烟道。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明进行详细说明。
29.参见图1，本发明的一种用于超超低氮氧化物排放的scr脱硝控制系统，包括设置在烟道内的nox来流浓度稳定装置，高精度自动喷氨控制装置，超快速氨氮混合装置，多点测量scr入口来流nox装置以及低延迟测量scr出口nox装置。
30.其中，nox来流浓度稳定装置包括省煤器出口nox初级预混合装置1和省煤器出口nox二级混合装置2；
31.高精度自动喷氨控制装置包括喷氨格栅4和超快速氨氮混合装置3；
32.多点测量scr入口来流nox装置包括原位scr入口nox测点8和矩阵式烟气流量取样器9；
33.低延迟测量scr出口nox装置包括矩阵烟气取样点5、烟气取样调节阀6，原位脱硝反应器7以及其他测量装置。
34.其中，所述省煤器出口nox初级预混合装置1和省煤器出口nox二级混合装置2相配合，省煤器出口nox二级混合装置2与超快速氨氮混合装置3相配合，省煤器出口nox初级预混合装置1和省煤器出口nox二级混合装置2设置在水平烟道内，超快速氨氮混合装置3设置在竖直烟道内，水平烟道与竖直烟道相连通，通过三级混合装置来均布来流烟气中的nox，并使nox与氨气混合均匀，水平烟道内还设置原位scr入口nox测点8和矩阵式烟气流量取样器9，原位scr入口nox测点8和矩阵式烟气流量取样器9设置在省煤器出口nox二级混合装置2出口处。超快速氨氮混合装置3的出口处设置喷氨格栅4，喷氨格栅4的出口设置矩阵烟气取样点5，竖直烟道出口分为两路，一路经烟气取样调节阀6与原位脱硝反应器7相连通，另一路经第一导流板11、第二导流板12与scr反应器10相连通。
35.参见图2，本发明中的超快速氨氮混合装置3，包括若干列平行设置的固定杆，每个固定杆上设置有圆形或椭圆形旋流件，旋流件为圆形时，间隔设置即可；旋流件为椭圆形时，有两种情况，一种情况为固定杆为奇数(大于1)时，中心固定杆两侧固定杆上的旋流件对称设置；另一种情况是固定杆为偶数(大于2)时，固定杆分为两组，两组上的旋流件对称
设置。具体的，固定杆为4个时，每个固定杆上的旋流件可以按照圆形旋流件、椭圆形旋流件、椭圆形旋流件、椭圆形旋流件、椭圆形旋流件、圆形旋流件设置。其中，从上向下，上面两个椭圆形的长轴与竖直方向平行，下面的两个椭圆形旋流件的长轴与水平方向平行。
36.参见图3，本发明中的省煤器出口nox初级预混合装置1包括框架，框架上包括若干排水平设置的支撑杆，每排支撑杆上设置有若干椭圆形挡片，其中，每排支撑架上的椭圆形挡片与竖直方向的夹角为45
°
或135
°
，优选的，当支撑架为8排时，从上到下，第一排、第四排、第五排和第八排支撑杆13上的椭圆形挡片与竖直方向的夹角为45
°
，第二排、第三排、第六排和第七排支撑杆14上的椭圆形挡片与竖直方向的夹角为135
°
，具体的，第一排支撑杆上设置的椭圆形挡片与竖直方向的夹角为45
°
，第二排以及第三排支撑杆上的椭圆形挡片与竖直方向的夹角为135
°
，并且第一排支撑杆上的椭圆形挡片与第二排以及第三排支撑杆上的椭圆形挡片垂直设置。第四排、第五排和第八排支撑杆上的椭圆形挡片角度与第一排撑杆上的椭圆形挡片角度相同。第六排和第七排支撑杆上的椭圆形挡片角度与第二排撑杆上的椭圆形挡片角度相同。图中，标号14为第一排、第四排、第五排和第八排支撑杆，标号15为第二排、第三排、第六排和第七排支撑杆。
37.参见图4，本发明中的省煤器出口nox二级混合装置2包括设置在水平烟道15内的两排椭圆新挡片，第一排位于第二排上方，第一排的若干椭圆形挡片与竖直方向呈一定夹角，夹角小于90
°
，夹角可根据需要进行调整，第二排的若干椭圆形挡片与竖直方向的夹角小于第一排的若干椭圆形挡片与竖直方向的夹角。
38.一种基于上述系统的用于超超低氮氧化物排放的scr脱硝控制方法，包括以下步骤：
39.烟气从省煤器和过热器出口流出，烟道深度方向nox分布不均匀的烟气经过省煤器出口nox初级预混合装置1初步混合，再经过省煤器出口nox二级混合装置2进一步混合，从而达到nox来流浓度稳定，浓度稳定的烟气经过原位scr入口nox测点8，对nox进行测量，再通过矩阵式烟气流量取样器9对截面各处的烟气流量进行测量，将原位scr入口nox测点8和矩阵式烟气流量取样器9的测量数值进行相乘，作为来流烟气的总的nox含量。测量完成后的烟气进入超快速氨氮混合装置3，通过超快速氨氮混合装置3与喷氨格栅4快速将烟气进行混合，超快速氨氮混合装置3和喷氨格栅4可以在2m的超短距离内将氨气和nox混合均匀，nh3和nox混合均匀后的烟气，通过矩阵烟气取样点5对该烟气取样，并通过烟气取样调节阀6对烟气流量进行控制，使得原位脱硝反应器7内的烟气流速和scr反应器10内的烟气流速一致，对流出原位脱硝反应器7的烟气进行nox测量，测得的nox测量结果作为自动控制的调节值，替代scr烟气出口的nox测点，对喷氨格栅4进行控制，降低nox含量，经过矩阵烟气取样点5的烟气仍旧通过第一导流板11和第二导流板12，进入scr反应器10，最后到达scr烟气出口。
40.矩阵烟气取样点5的取点个数与烟道截面大小有关，一般为9～15个点，同时原位脱硝反应器7是scr反应器内径等比例缩小10～15倍的尺寸，数量一般为3～5个。
41.喷氨格栅4的布置位置还可以在scr水平烟道和竖直烟道中的任意位置，具体最佳位置需要进行数值模拟后确定。
42.省煤器出口nox初级预混合装置1，省煤器出口nox二级混合装置2，超快速氨氮混合装置3，这三个装置的尺寸根据烟道截面确定，省煤器出口nox初级预混合装置1、省煤器
出口nox二级混合装置2和超快速氨氮混合装置3的圆形挡片的直径或椭圆形挡片的长轴内径一般为600～1500mm，形状可以是圆形、三角形、椭圆形以及其他形状。
43.原位scr入口nox测点8、矩阵式烟气流量取样器9的输出端数值，和原位脱硝反应器测量器的输出端数值，输入到喷氨格栅4的控制系统内，控制喷氨格栅4的喷氨调节，降低nox含量。该系统适用于nox排放小于35mg/m3的超超低氮氧化物排放，并且能够能满足来流nox浓度稳定，进出口nox原位快速测量，精准喷氨并快速混合，达到喷氨适量，氨逃逸低，后续设备不再受硫酸氢铵影响的结果。